Конструирование клеевых соединений. Приимущества и недостатки клееных деревянных конструкций (КДК) по сравнению с конструкциями, изготовленными из цельной древесины. Производство КДК.

Склеивание – наиболее эффективный способ соединения древесины. Типы соединений:

1) соединение по пласти – для образования требуемой высоты сечения клееного элемента при одинаковой ширине исходного материала. Основные этапы подготовки к склеиванию заключаются в сушке древесины до требуемой влажности. Рациональное использование пиломатериала различных сортов заключается в компоновке поперечного сечения для изгибаемых и сжато-изгибаемых конструкций.

2) соединение на зубчатый шип – для сращивания досок по длине и при вырезке местных пороков древесины. Нарезка шипа возможна параллельно и перпендикулярно пласти. Прочность должна соответствовать нормативному сопротивлению древесины 2 сорта, поэтому к этому виду соединения предъявляются высокие требования как по нарезке шипа, так и по качеству клея.

3) соединения на вклеенных стержнях стальные стержни вклеиваются для соединения растянутых, изгибаемых, сжато-изгибаемых элементов из клееной древесины массивных сечений, для решения жестких узловых соединений. Ориентация вклеенных стержней относительно волокон древесины может быть различна и определяется конструктивными требованиями к узловым соединениям и величиной действующих усилий.

Производство клееных деревянных конструкций должно осуществлять­ся только на специализированных предприятиях. В цеху клееных конст­рукций, необходимо поддерживать температуру 18-20°С и влажность воздуха 50-60%. Допускается производство и при температуре 16-25 граду­сов и влажности до 70%, но при этом должны корректироваться режимы склеивания.

Для изготовления клееных конструкций рекомендуется использовать пиломатериалы хвойных пород (сосна, ель). Допускается использование других пород, таких как лиственница, береза, осина, но при этом должен корректироваться ряд технологических параметров. При использовании сосны и ели в качестве сырья исходный пиломатериал должен иметь толщину 40мм, при фрезеровании которого полу­чают заготовки толщиной 33мм. Возможно, использовать пиломатериал толщиной до 50мм, но в этом случае предусматриваются продольные компенсационные прорези, уменьшающие внутренние напряжения, располо­женные на расстоянии 40мм между собой, но не менее чем на 10-15мм от кромки доски. Глубина прорезей должна быть равной половине толщины слоя, ширина 2-3мм. Для получения гнутоклееных элементов с участками кривизны небольших радиусов используется пиломатериал толщиной 25мм, при фрезеровании которого получают заготовки толщиной 19мм. Компоненты клея (смола, отвердитель) должны поступать по мере потребности в герметически закрытых емкостях. Запас не должен превышать 6 месяцев.

В состав предприятия должен входить цех металлических изделий, для производства комплектующих деталей. В составе цеха должен быть участок по антикоррозийной защите металлических деталей.

Технологический процесс изготовления предусматривает выполнение следующих операций:

-атмосферная сушка;                                                                                      - формирование штабеля и камер­ная сушка;

- сортировка и калибрование пиломатериала по толщине; - вырезка дефектных мест и сращивание доски по длине;

- приготовление и нанесение клеев;                                                 - сборка и запрессовка клееных пакетов;

- механическая обработка кле­еных пакетов;                                 - защитная обработка, контроль качества.

Клеевые соединения характеризуются рядом важных достоинств:

1. Склеивание дает возможность из досок, ограниченных сортаментом на пиломатериалы изготовлять конструкции любых размеров и форм. Они могут быть прямолинейными, гнутоклееными, постоянного и переменного сечений, длиной измеряемой десятками метров и высотой до 2-2, 5 метров.

2. В отличие от соединений на механических связях клеевое соединение обеспечивает жесткое сплачивание деревянных элементов и образует моно­литное сечение.

3. Склеивание повышает механические свойства клееной древесины за счет рассосредоточения пороков при наборе клееного пакета.

4. Клеевые соединения являются стойкими к воздействию агрессивной среды, что обеспечивает долговечность конструкций.

При изготовлении клееных деревянных конструкций в основном исполь­зуют соединение по «пласти» и соединение на «зубчатый шип». Для склеи­вания фанеры, помимо «зубчатого щита», используют соединение на «ус».

Достоинства

· стабильность формы (исключение деформаций) готового изделия в процессе изготовления и эксплуатации

· возможность изготовления конструкций больших размеров (до 60 м в длину)и различных форм.

· минимальная усадка при применении в срубах домов

· высокая огнестойкость и стойкость к агрессивным химическим средам

· отсутствие сквозного растрескивания

· высокая теплоизоляция в сравнении с цельной древесиной

· прочность и долговечность и высокая жёсткость

· «мебельное» качество поверхностей

Недостатки

· относительно высокая начальная стоимость клееного бруса в сравнении с материалами из цельной древесины;

· нарушение технологии при изготовлении и применение некачественного клея может привести к расслоению клееного бруса, его деформации, потере теплоизоляционных, экологических и эстетических качеств;

· в связи с тем, что древесина при высыхании сокращается неравномерно по срезу радиально и тангенциально, появляются расслоения и неравномерная усадка в поперечном срезе.

· использование клея ухудшает характеристики дома, так как в результате нарушается естественная циркуляция влаги и воздухообмен, нарушается микроклимат внутри помещения.

· данная технология деревянного домостроения относительно молода, поэтому данные о поведении клееного бруса через большие промежутки времени (например, через 50 лет) отсутствуют.

10. Виды соединений деревянных конструкций, характер работы. Требования, предъявляемые к соединениям элементов деревянных конструкций. Принцип дробности.

Соединение элементов по длине называют сращиванием, по ширине – сплачиванием, под углом и прикрепление к опорам – анкеровкой. По характеру работы все основные соединения деревянных конструкций могут быть разделены на группы:

а) без специальных связей, требующих расчета – лобовые упоры и врубки

б) со связями, работающими на сжатие – шпонками и колодками

в) со связями работающими на изгиб – болтами, стержнями, гвоздями, винтами и пластинками

г) со связями работающими на растяжение – болтами, винтами и хомутами

д) со связями работающими на сдвиг-скалывание – клеевыми швами.

Требования к соединениям из дерева плотность, вязкость.

В конструкциях из пластмасс используют клеевые, клееметаллические, заклепочные, винтовые, сварные соединения. Для склеивания применяют термореактивные и термопластичные клеи. Сварные - используют для соединения элементов из одного и того же термопластичного материала. Клеесварные – состоят из сварных точек, полученных контактной точечной сваркой и сплошного клеевого шва между точками. Клеезаклепочные – с обыкновенными заклепками для соединения обшивок с металлическим обрамлением

Мах размеры цельных деревянных элементов в строительстве составляют до 28 см в сечении и до 6, 5м длиной. Для увеличения длины элементов применяют сращивание, а для увеличения сечения – сплачивание. Кроме того, большая часть соединений представляет собой сопряжение отдельных эл-тов в узлах. Соединение эл-тов ДК по способу передачи усилия делятся на: 1) непосредственным упором контактных поверхностей (лобовой упор, врубка); 2) соединение на механических связях (гвозди, болты, пластинчатые нагели, скобы, шурупы, собственно цилиндрический нагель, глухари); 3) соединение на клею. В соединениях на лобовых врубках усилия передаются без вкладышей или иных рабочих связей. Является основным видом соединения в фермах. Вспомогательная связь – аварийный болт. Лобовая врубка может утратить несущую способность в следующих случаях: 1) по смятию площадки упора; 2) по скалыванию площадки А_ск; 3) по разрыву ослабленного сечения нижнего пояса. Нагели – наиболее распространенные мех связи для соединения элементов ДК. Нагель – гибкий стержень, который соединяет эл-ты и препятствует их сдвигу. Сам при этом работает на изгиб и сжимает древесину. Min расстояние между пластинчатыми нагелями S_min = 110 мм. Пластинчатые нагели служат для сплачивания 2 или 3 брусьев. Сквозные нагели применяются при ширине бруса 15 см и менее. Несущая способность нагеля Т=0, 75× b_пл (кН). При ширине бруса более 15 см ставятся глухие нагели. Несущая способность Т=0, 75× b/2. пластина устанавливается попеременно то с одной стороны, то с другой стороны бруса. Расстановка цилиндрических нагелей регламентируется СНиП для предотвращения чрезмерного ослабления сечения и возможного разрыва и скалывания элементов стыка. Сущ-ет расстановка прямыми рядами, косыми рядами и в шахматном порядке. При опр-нии несущей способности стальных нагелей (болт) вводится коэф-т k_a, учитывающий снижение несущей способности нагеля при приложении нагрузки под углом a к волокнам. При расчете стыков определяется несущая способность нагеля из трех условий (изгиб, смятие крайнего, смятие среднего элемента) и при определении необходимого кол-ва нагелей в стыке в расчет принимается min несущая способность. Из условия раскалывания эл-тов СНиП устанавливает min расстояние между нагелями. При определении расчетной длины гвоздя не учитывается заостренная часть гвоздей длиной 1, 5× d, а на каждый шов принимают по 2мм. Если защемленная часть гвоздя менее 4× d, его работу в примыкающем шве не учитывают. При свободном выходе гвоздя из пакета расчетную толщину последнего эл-та уменьшают на 1, 5× d. Для склеивания древесины применяются следующие виды клеев: резорциновые, фенол-резорциновые, алкил-резорциновые, фенольные, карбамидные. Марки клеев ФФ-12, ФРФ-50, ФР-100, КФ-5, КФ-Ж. Сращивание досок по длине может выполняться двумя способами: а) ''на ус'' (стык очень материалоемок. В настоящее время применяется только для склеивания фанеры); 2) на зубчатый шип (шов одинаково хорошо работает на растяжение, сжатие, изгиб и кручение).

Низкая прочность древесины при скалывании вдоль волокон, а также при растяжении поперек волокон, высокая деформативность при смятии по­перек волокон и нелинейная зависимость их характеристик при изменении угла наклона направления волокон к направлению усилия требуют проду­манного подхода к конструированию узловых соединений. Например, со­единения болтами растянутых элементов ослабляет сечение, вызывает кон­центрацию напряжений, и снижается надежность соединения ввиду воз­можного появления усушечных трещин по плоскости скалывания. Чем больше диаметр нагелей, тем больше опасность скалывания и меньше на­дежность соединения. Поэтому, чтобы уменьшить опасность последова­тельного хрупкого скалывания, рекомендуется обеспечить работу соедине­ния не на скалывание, а на смятие, т.е. обеспечить вязкий характер разруше­ния.

Для этой цели используется принцип дробности, позволяющий избежать скалывания древесины путем увеличения числа площадок скалывания, т.е. расстановкой большего числа нагелей меньшей несущей способности.

Шпонками в д. к. называются вкладыши, которые препятст­вуют взаимному сдвигу соединяемых элементов и работают в основном на сжатие. Отличительным признаком шпоночных соединений является распор, требующий постановки рабочих стяжных связей (болтов и т. п.). Противодейст­вуя сдвигу сплачиваемых брусьев, сама шпонка подвергается действию двух пар сил. Причем, шпонка распирает сплачиваемые брусья. Для того чтобы предотвратить раскрытие шва между брусьями, не­обходимо обжать их поперечными силами, равными полной си­ле распора. К самой шпонке силы приложены через ее тор­цы с плечом /дш, тем большим, чем больше длина шпонки. Мо­мент поперечной пары сил уравновешивает момент про­дольной пары сил , отсюда определяется распор

На шпонку фактически действуют силы — равнодействующие продольных и попереч­ных сил взаимно уравновешиваются, они ле­жат на прямой, соединяющей центры тяжести сминаемых тор­цов наклонной шпонки, и подвергают ее центральному сжатию.

Чем короче шпонка, тем больше сила распора . Короткая шпонка заметно вминается поперек волокон в дре­весину сплачиваемых брусьев или бревен. Вследствие поворота шпонки плечо действующей пары сил увеличивается, а плечо противодействующей пары сил уменьшается Это приводит к дальнейшему увеличению силы распора и де­формации соединений.

Расчет соединений на призматических наклонных шпонках сводится к проверке рас­четной несущей способности по смятию и скалыванию древесины сплачива­емых брусьев или бревен. Для воспринятая распора требуется подбор сечений рабо­чих болтов и шайб.

Для расчета соединений при сплачивании брусьев или бревен с зазором на укрупненных шпонках, называемых колодками, остается в силе основная формула для определения распора:

Различие заключается лишь в увеличении плеча вращающей (продольной) пары сил на размер зазора 5₀ (в свету между брусьями) и в соответственном увеличении плеча удерживающей (поперечной) пары сил для того, чтобы при сплачивании на колодках

сохранить рекомендуемое для шпоночных соедине­ний значение распора:

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: